JP7157324B2 - FIBER, LIGHT EMITTING DEVICE USING THE SAME, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF - Google Patents
FIBER, LIGHT EMITTING DEVICE USING THE SAME, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF Download PDFInfo
- Publication number
- JP7157324B2 JP7157324B2 JP2018186192A JP2018186192A JP7157324B2 JP 7157324 B2 JP7157324 B2 JP 7157324B2 JP 2018186192 A JP2018186192 A JP 2018186192A JP 2018186192 A JP2018186192 A JP 2018186192A JP 7157324 B2 JP7157324 B2 JP 7157324B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fiber
- emitting device
- light emitting
- light
- semiconductor light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Description
本発明は、ファイバー及びこれを用いた発光素子並びにその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fiber, a light emitting device using the same, and a method for manufacturing the same.
従来の発光素子は、平面状の成長基板の上に窒化物半導体の積層構造を形成し、チップ状にカットして、セラミック基板等にダイボンドした後、アノード電極やカソード電極をワイヤーボンディングにて電気的に接続し、LEDデバイスに組立てを行っている。また、従来のフリップチップLEDは、LEDチップ片面側にあるアノードやカソードのバンプ電極を、ろう剤を用いてセラミック基板等に電気的に接続している。 Conventional light-emitting devices are manufactured by forming a nitride semiconductor layered structure on a planar growth substrate, cutting it into chips, and die-bonding them to a ceramic substrate or the like. are connected to each other and assembled into an LED device. In conventional flip-chip LEDs, the anode and cathode bump electrodes on one side of the LED chip are electrically connected to a ceramic substrate or the like using a brazing agent.
このような従来の発光素子では、数インチの円形状の成長基板上に半導体層を成長させることになるため、板状の成長基板の管理が面倒という問題があった。これを解決するため、繊維状の基板を用いて、このファイバー基板上に半導体を成長させることが提案されている(例えば特許文献1~3)。 In such a conventional light-emitting device, since a semiconductor layer is grown on a circular growth substrate of several inches, there is a problem that management of the plate-shaped growth substrate is troublesome. In order to solve this problem, it has been proposed to use a fibrous substrate and grow a semiconductor on this fiber substrate (for example, Patent Documents 1 to 3).
しかしながら、ファイバーを成長基板として基板上に半導体を成長させるには基板を加熱する必要があるところ、ファイバーの加熱は容易でない。さらに製造された発光素子の放熱性の確保も問題となっていた。そうであるにも拘わらず、上記特許文献には具体的な解決方法が示されておらず、実用性に乏しいものであった。 However, in order to grow a semiconductor on a fiber substrate, it is necessary to heat the substrate, and it is not easy to heat the fiber. Furthermore, ensuring the heat dissipation of the manufactured light emitting device has also been a problem. In spite of this fact, the above-mentioned patent document does not show a specific solution method, and has poor practicality.
本発明の目的の一は、板状でなく細長いファイバーを基板として用いた発光素子であって実用性のある発光素子を提供することにある。 One of the objects of the present invention is to provide a practical light-emitting device that uses an elongated fiber as a substrate instead of a plate-like substrate.
本発明の一態様に係る発光素子によれば、サファイア又はスピネルで構成されたファイバーと、前記ファイバーの外周面に形成された半導体発光構造とを備え、前記ファイバーは、サファイア又はスピネルで構成された内部に該ファイバーの延長方向に沿って延長された金属製の芯体を備えることができる。 A light-emitting device according to an aspect of the present invention includes a fiber made of sapphire or spinel, and a semiconductor light-emitting structure formed on the outer peripheral surface of the fiber, wherein the fiber is made of sapphire or spinel. A metal core extending along the extension direction of the fiber can be provided inside.
上記構成により、金属製の芯体をファイバーの内部に設けたことで、芯体を利用して製造時の加熱が容易となる。また得られた発光素子の放熱にも、金属製の芯体を利用することで、安定動作が可能となる。 With the above configuration, since the metal core is provided inside the fiber, heating during manufacturing is facilitated using the core. Also, stable operation is possible by using a metal core for heat dissipation of the obtained light-emitting element.
本発明の一実施形態に係る発光素子によれば、前記芯体として、タングステン又はイリジウムを好適に利用できる。 According to the light-emitting device of one embodiment of the present invention, tungsten or iridium can be suitably used as the core.
また他の実施形態に係る発光素子によれば、前記半導体発光構造は、窒化物半導体積層構造とすることができる。 Further, according to a light emitting device according to another embodiment, the semiconductor light emitting structure can be a nitride semiconductor laminated structure.
さらに他の実施形態に係る発光素子によれば、前記サファイアの<0001>又はスピネルの<111>を、前記ファイバーの延長方向と交差する断面方向と一致させることができる。 According to the light emitting device according to still another embodiment, <0001> of the sapphire or <111> of the spinel can be aligned with the cross-sectional direction intersecting the extension direction of the fiber.
さらにまた他の実施形態に係る発光素子によれば、前記ファイバーの断面を円形状に形成することができる。 Furthermore, according to the light emitting device according to another embodiment, the cross section of the fiber can be formed in a circular shape.
さらにまた他の実施形態に係る発光素子によれば、前記ファイバーの延長方向に沿って、前記半導体発光構造を複数離間して形成することができる。 Furthermore, according to a light emitting device according to another embodiment, a plurality of the semiconductor light emitting structures can be spaced apart along the extending direction of the fiber.
さらにまた他の実施形態に係る発光素子によれば、前記離間された半導体発光構造がそれぞれ正負の電極部を有し、各半導体発光構造を各々の電極部を介して直列接続することができる。 Furthermore, according to a light emitting device according to another embodiment, the separated semiconductor light emitting structures each have positive and negative electrode portions, and the respective semiconductor light emitting structures can be connected in series via the respective electrode portions.
さらにまた他の実施形態に係る発光素子によれば、前記芯体を、放熱部材に接続することができる。 Furthermore, according to a light-emitting element according to another embodiment, the core can be connected to a heat dissipation member.
さらにまた他の実施形態に係る発光素子の製造方法によれば、サファイア又はスピネルで構成され、繊維状に延長された金属製の芯体を内部に含むファイバーを準備する工程と、前記芯体を加熱した状態で、前記ファイバーの外周面に半導体発光構造を成長させる工程とを含むことができる。 Furthermore, according to a method for manufacturing a light-emitting device according to another embodiment, the steps of preparing a fiber made of sapphire or spinel and including a metallic core body extended in a fibrous shape; growing a semiconductor light-emitting structure on the outer periphery of the fiber under heating.
さらにまた他の実施形態に係る発光素子の製造方法によれば、前記サファイアの<0001>又はスピネルの<111>を、前記ファイバーの延長方向と交差する断面方向と一致させることができる。 Furthermore, according to the method of manufacturing a light-emitting device according to another embodiment, <0001> of the sapphire or <111> of the spinel can be aligned with the cross-sectional direction intersecting the extending direction of the fiber.
さらにまた他の実施形態に係る発光素子の製造方法によれば、前記ファイバーを準備する工程に、μ-PD法により前記サファイア又はスピネルを成長させる工程を含むことができる。 Furthermore, according to a method for manufacturing a light-emitting device according to another embodiment, the step of preparing the fiber may include the step of growing the sapphire or spinel by a μ-PD method.
さらにまた他の実施形態に係る発光素子の製造方法によれば、前記ファイバーを準備する工程に、LHPD法により前記サファイア又はスピネルを成長させる工程を含むことができる。 Furthermore, according to a method for manufacturing a light emitting device according to another embodiment, the step of preparing the fiber may include the step of growing the sapphire or spinel by the LHPD method.
以下、本発明に係る実施形態及び実施例を、図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態及び実施例は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに限定されるものでない。また各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。さらに、本発明に係る実施形態及び実施例を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。さらに、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語(例えば、「上」、「下」、「右」、「左」および、それらの用語を含む別の用語)を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。なお、本明細書において「備える」とは、別部材として備えるもの、一体の部材として構成するものの何れをも含む意味で使用する。
[実施形態1]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments and examples according to the present invention will be described based on the drawings. However, the embodiments and examples shown below are examples for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the following. Also, the sizes and positional relationships of members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Furthermore, in the following description, the same names and symbols indicate the same or homogeneous members, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. Also, parts with the same reference numerals appearing in a plurality of drawings indicate the same or equivalent parts or members. Furthermore, each element constituting the embodiments and examples according to the present invention may be configured by forming a plurality of elements with the same member, and one member may be used as a plurality of elements, or conversely, one member function can be shared by a plurality of members. Also, the contents described in some of the examples and embodiments can also be used in other examples and embodiments. In addition, the following description uses terms indicating specific directions and positions (e.g., "top", "bottom", "right", "left", and other terms that include those terms) as necessary. However, the use of these terms is for the purpose of facilitating the understanding of the invention with reference to the drawings, and the technical scope of the present invention is not limited by the meanings of these terms. In this specification, the term "comprising" is used in the sense of including both those provided as separate members and those configured as an integral member.
[Embodiment 1]
本発明の実施形態1に係る発光素子100を、図1~図3に示す。これらの図において、図1は実施形態1に係る発光素子100の斜視図、図2Aは実施形態1に係る発光素子100の縦断面図、図2Bは横断面図、図3は図2Aの半導体発光構造20を示す拡大断面図を、それぞれ示している。これらの図に示す発光素子100は、ファイバー10と、その外周面に形成された半導体発光構造20とを備えている。ここでは、図2Aに示すように、半導体発光構造20を複数、ファイバー10の長さ方向に沿って並べると共に、隣接する半導体発光構造20同士の間は絶縁されている。各半導体発光構造20は、図3の拡大断面図に示すように、ファイバー10上に成長された半導体層の積層構造を有している。このように発光素子100は、ファイバー10を成長基板として、その外周面上に半導体の半導体発光構造20を形成したものである。
A
ここで単結晶のファイバー基板の一例を、図4に示す。このファイバー10は、ファイバー10の内部に、ファイバー10の延長方向に沿って延長された金属製の芯体12を備えている。このファイバー10を基板として、その周囲に半導体発光構造20を成長させることで、図1の発光素子100を得ることができる。これにより、LED等の発光素子をフィラメントのような紐状とすることができる。このように発光素子をフィラメント状としたことで、巻き取りが可能となり、円形状の基板上に半導体発光構造20を成長させる場合と比較して、維持管理が容易となる。またこの構成であれば、従来必要であったセラミック等の実装基板を無くすことができる。
FIG. 4 shows an example of a single-crystal fiber substrate. This
さらに、このような紐状の発光素子100は、直径が極小のフィラメント形状とできるので、例えば液晶ディスプレイのバックライト光源として使用する場合には、導光板の周囲を紐状に取り囲むことでエッジライト方式のバックライトして利用できる。
Furthermore, since such a string-shaped light-emitting
あるいは、図5に示すように電球LBのフィラメントとして紐状の発光素子100を用いることで、フィラメント状の発光素子の周囲に発光させて電球型の照明として好適に利用できる。
(ファイバー10)
Alternatively, as shown in FIG. 5, by using a string-shaped light-emitting
(fiber 10)
ファイバー10の基材としては、優れた透光性、熱伝導性を備える材質として、サファイアが好適に利用できる。特に単結晶のサファイアが、上面に半導体発光構造20を成長させやすく、好ましい。また、サファイア以外にスピネルを用いてもよい。
As the base material of the
ファイバー10の断面寸法は、任意の大きさとすることができるが、ファイバーの入手の容易さ、製造のし易さ等の観点から、50~500μmφとすることが好ましい。またファイバー10の長さは、用途に応じて適宜選択でき、例えば数cm~数km等に設計できる。
The cross-sectional dimension of the
ファイバー10の断面の外形は、円形状とすることが好ましい。ただ本発明は、ファイバーの断面の外形の形状を円形に限定するものでなく、図6A~図6Cに示すように種々の形態とすることができる。これらの図において図6Aは実施形態1に係る発光素子100のファイバー10の断面図、図6Bは実施形態2に係る発光素子のファイバー10Bの断面図、図6Cは実施形態3に係る発光素子のファイバー10Cの断面図、図6Dは実施形態4に係る発光素子のファイバー10Dの断面図を、それぞれ示している。まず図6Aは実施形態1に係る発光素子100のファイバー10の断面図であり、円形状としている。またファイバー10は円形状に限らず、楕円形状としてもよい。実施形態2においては、ファイバー基板の断面の外形の形状を楕円形状としている。これにより、楕円形状を真の楕円と見た時の短軸と重なる方向に半導体発光構造20を効率よく成長できる軸(例えばサファイアの<0001>)を合わせることで、効率よく成長できる領域を多く確保することができる。また円形状や楕円形状に限らず、断面の外形の形状を矩形状としてもよい。例えば図6Cに示す実施形態3においては、ファイバー10の断面形状を正方形状としている。また図6Dに示す実施形態4においては、ファイバー10の断面形状を長方形状としている。これにより、配置する際の位置決めを容易に行える利点が得られる。例えば上述した導光板の周囲に紐状の発光素子を配置する例では、断面視矩形状をなす平面を、導光板の周囲と当接させることで、光学的結合を確立し易くできる。
(芯体12)
The cross-sectional profile of the
(Core body 12)
またファイバー10の内部には、金属製の芯体12が配置される。金属製の芯体12をファイバー10の内部に設けたことで、芯体12を利用して製造時の加熱が容易となる。また得られた発光素子100を発光させた際の放熱にも、金属製の芯体12を利用することができ、熱引きを向上させて発光素子の安定動作が見込まれる。
A
このような芯体12を構成する金属としては、タングステンやイリジウムが好適に利用できる。特にタングステンは熱伝導性に優れ、好ましい。また芯体12の太さは、10μmφ~5mmφとする。
Tungsten or iridium can be suitably used as the metal forming such a
また芯体12を、放熱部材に接続させることが好ましい。図7に示す変形例に係る発光素子200の例では、フィラメント状の発光素子200の両端の周囲に、外部接続端子30としてアノード端子、カソード端子を設ける一方で、端面の中心に表出された芯体12を、外部の放熱部材40と熱結合させている。これにより、ファイバー10の端面から給電を行いつつ、給電とは別の経路で発熱を外部に伝導させる熱伝導経路を設けて、効率良く放熱を行うことが可能となる。外部の放熱部材40には、放熱フィンや放熱ファン、ペルチェ素子、水冷ユニット等の熱交換器等が利用できる。
Further, it is preferable to connect the
なお図7の例では、外部接続端子30をファイバー10の両端に設けた例を示したが、本発明はこの構成に限らず、ファイバーの任意の位置に外部接続端子を設けてもよい。例えばファイバーの中間に外部接続端子を設けてもよい。
(半導体発光構造20)
Although the example of FIG. 7 shows an example in which the
(Semiconductor light emitting structure 20)
半導体発光構造20は、ファイバー10Aに形成される。図3の拡大断面図に示すように、半導体発光構造20は発光層23と、発光層23を挟むn型半導体層22およびp型半導体層24とを含む。n型半導体層22およびp型半導体層24には、n側電極27およびp側電極26がそれぞれ電気的に接続される。また必要に応じて、ファイバー基板10Aとn型半導体層22との間には、低温成長バッファ層21が形成される。さらにp型半導体層24とp側電極26との間には、p側コンタクト層25が形成される。
A semiconductor
n側電極27、p側電極26は、それぞれn型半導体層22、p型半導体層24と電気的接続されている。これらの電極は外部と半田付けなどを行うためのパッド電極として利用され、例えばAuまたはAuを主成分とする合金とすることができる。
The n-
半導体発光構造20は、窒化物半導体積層構造とすることが好ましい。窒化物系半導体(InXAlYGa1-X-YN、ここで、X及びYは、0≦X、0≦Y、X+Y≦1を満たす。)を用いた半導体発光素子を得ることによって、紫外光や青色光、緑色光等の幅広い波長の光を効率良く得られる。
The semiconductor
複数の半導体発光構造20は、図2Aの縦断面図に示すように、絶縁層28で絶縁されている。このような絶縁層28は、SiO2等の透光性を有する安定な酸化物が好適に利用できる。また絶縁層28は、半導体発光構造20の表面を被覆して外部から保護する保護膜と兼用することもできる。あるいは、図2A等に示すように、絶縁層28とは別に保護膜を形成してもよい。
[実施形態5]
The plurality of semiconductor
[Embodiment 5]
以上の例では、ファイバーの長さ方向に複数の半導体発光構造を隣接された例を説明した。ただ本発明はこの構成に限らず、一の半導体発光構造を備える発光素子としてもよい。このような例を実施形態5に係る発光素子500として、図8A~図8Bに示す。この例では、短く切断したファイバー10の周囲に、半導体発光構造20が形成されている。半導体発光構造20を構成する各層は、上述した実施形態1と同様であり、同じ符号を付して詳細説明を省略する。この発光素子500は、例えば図2Aに示した発光素子100を、所定長さで切断して個片化して得ることができる。
In the above example, multiple semiconductor light emitting structures are adjacent to each other along the length of the fiber. However, the present invention is not limited to this configuration, and may be a light-emitting element having one semiconductor light-emitting structure. Such an example is shown in FIGS. 8A and 8B as a
また、発光素子500に外部から給電を行うため、p側電極26及びn側電極27にはそれぞれ、バンプ50を形成することが好ましい。パンプは半田等の導電性部材が好適に利用できる。このバンプ50を利用して、フリップチップ型のLEDとして利用することもできる。
[実施形態6]
Further, in order to supply power to the
[Embodiment 6]
さらに、実施形態6に係る発光素子を図9Aの縦断面図及び図9Bの横断面図に示す。ここでも半導体発光構造20を構成する各層は、上述した実施形態1等と同様であり、同じ符号を付して詳細説明を省略する。この図に示す発光素子600は、実施形態1と同様、ファイバー10の延長方向に、複数の半導体発光構造20を互いに絶縁層28で絶縁して形成している。ファイバー10の外周上で分離された半導体発光構造20のp側電極26及びn側電極27は、隣接する半導体発光構造20間で直列に接続されるように、蒸着やスパッタや導体印刷によるメタライズを行って接続層29が接続されている。すなわち、リング状に分離された半導体発光構造20のp側電極26及びn側電極27を、正負交互に電気的に直列接続している。これにより、複数の発光部が直列に接続された長尺のLEDを構成できる。また、LEDの端面には、全体の電極端子としてバッド電極52が設けられている。なお図9Bに示すように、この例ではファイバー10の断面形状を縦長の楕円形状としているが、これに限らず、例えば横長の楕円形状としたり、矩形状等とすることもできる。
[実施形態7]
Furthermore, the light-emitting device according to Embodiment 6 is shown in the vertical cross-sectional view of FIG. 9A and the horizontal cross-sectional view of FIG. 9B. Each layer constituting the semiconductor
[Embodiment 7]
さらにまた、実施形態7に係る発光素子を図10Aの縦断面図及び図10Bの横断面図に示す。ここでも半導体発光構造20を構成する各層は、上述した実施形態1等と同様であり、同じ符号を付して詳細説明を省略する。この図に示す発光素子700は、実施形態5と同様、ファイバー10の外周に一の半導体発光構造20を形成している。またp型電極は、n側電極27と近い側に形成されており、外部電極との接続が容易等の利点が得られる。
[実施形態8]
Furthermore, the light-emitting device according to Embodiment 7 is shown in the vertical cross-sectional view of FIG. 10A and the horizontal cross-sectional view of FIG. 10B. Each layer constituting the semiconductor
[Embodiment 8]
以上の例では、ファイバー10の中心に芯体12を保持したまま、ファイバー10の周囲に半導体発光構造20を成長させて、また発光素子の形成後もこの芯体12を放熱等に利用する態様を説明した。ただ本発明はこの構成に限られず、半導体発光構造の成長後には芯体を抜き取り、別の部材を挿入するように構成してもよい。このような例を、実施形態8に係る発光素子として、図11Aの縦断面図及び図11Bの横断面図に示す。ここでも半導体発光構造20を構成する各層は、上述した実施形態1等と同様であり、同じ符号を付して詳細説明を省略する。この図に示す発光素子900も、実施形態7等と同様、ファイバー10の外周に一の半導体発光構造20を形成したLEDとして利用できる。この発光素子900は、半導体発光構造20の成長後に芯体を抜き取った上で、この空洞内に別の芯体として、放熱部材40Bを挿入している。放熱部材40Bは、棒状に形成されて、端部に円板状の端面板を連結している。この構造の放熱部材40Bを新たな芯材として挿入することで、発光素子900の端面により広い面積の放熱板を表出できるので、更に放熱性を向上させることができる。ここでは、芯体は抜き取ることが前提であるため、その材質はタングステンやイリジウムなどに限定されない。また芯体の太さは、予めファイバー10から抜き取りを可能とし、更に抜き取った空洞内に放熱部材40Bを挿入することを考慮し、ある程度の大きさに形成することが好ましい。例えば25μm~50mmφとする。
In the above example, the semiconductor light-emitting
なお図11Aに示す例では、ファイバー10の両側から、ファイバー10の長さの約1/2の棒状の部分を備えた同じ形状の放熱部材40Bを挿入する例を示したが、この構成に限らず、例えば棒状の部分を、ファイバーの長さとほぼ同じ長さに延長させた放熱部材を、ファイバーの一方の端面から挿入するように構成してもよい。
[実施形態9]
In the example shown in FIG. 11A, an example is shown in which heat
[Embodiment 9]
以上の実施形態1等の例では、ファイバー10の延長方向に沿って、半導体発光構造20を分割して、複数の半導体発光構造20を延長方向に配列する構成を説明したが、本発明はこの構成に限られない。例えば、ファイバーの断面視において、周方向に分割して半導体発光構造を配列する構成としてもよい。このような例を実施形態9に係る発光素子1000として、図12Aの縦断面図及び図12Bの横断面図に示す。ここでも半導体発光構造20を構成する各層は、上述した実施形態1等と同様であり、同じ符号を付して詳細説明を省略する。この図に示す発光素子1000は、図12Aに示すように、ファイバー10の延長方向においては半導体発光構造20を分割せず、図12Bに示すようにファイバー10の断面視において周方向に、一定間隔で半導体発光構造20を分割している。離間された半導体発光構造20の間は、適宜絶縁層28等で絶縁する。また、周方向に分離された半導体発光構造20のp側電極26及びn側電極27は、隣接する半導体発光構造20間で直列に接続されている。これにより、長尺のLEDを構成できる。
In the above examples such as Embodiment 1, the semiconductor
さらに、半導体発光構造の分離を、ファイバーの延長方向と、断面視における周方向の両方に分割することもできる。この場合は、ファイバーの周囲を展開した状態で、島状の半導体発光構造をマトリクス状に並べた状態に配列できる。 Furthermore, the separation of the semiconductor light-emitting structure can be divided both in the fiber extension direction and in the circumferential direction when viewed in cross section. In this case, the island-like semiconductor light-emitting structures can be arranged in a matrix while the fiber is unfolded.
以上のようにファイバー10は、その面上に発光層を含む半導体発光構造を成長させるための繊維状の部材である。このファイバー10は、サファイア又はスピネルで構成されている。またその内部に、繊維状の延長方向に沿って金属製の芯体12を備えている。
As described above, the
またサファイアの<0001>、又はスピネルの<111>が、ファイバー10の延長方向と交差する断面方向と一致するように構成することが好ましい。これにより、ファイバー10の側面に半導体発光構造20を効率良く成長させることができる。図2Aの例では、ファイバー10の上下方向がサファイアのc軸となる。
Also, it is preferable that <0001> of sapphire or <111> of spinel coincide with the cross-sectional direction intersecting the extending direction of the
このようにして、ファイバー10の周囲に半導体発光構造20を配置したことで、紐状の発光素子を実現することが可能となる。従来、紐状の発光素子を得ようとすれば、個別に作成したLEDチップを線状に貼り付ける必要があった。すなわち、平面状の成長基板上に窒化物半導体等の積層構造を形成し、チップ状にカットして、セラミック等の実装基板にダイボンドした後、アノード電極とカソード電極をワイヤーボンディング等にて電気的に接続してLEDチップを得る。このようにして得られたLEDチップを多数、細長いセラミック基板等に線状に並べて配置していた。この方法では製造組立の効率が悪かったが、上述の通り本実施形態に係る発光素子によれば、ファイバー10の側面に直接半導体発光構造20を形成することで、効率良く多数の発光部を形成することが可能となる。また従来の構成では、多数のLEDチップを並べて発光させた際の発熱を効率良く放熱することが困難であった。特に円柱状の周囲に沿って円環状にLEDチップを複数並べると、円柱の中心方向に熱伝導された発熱を排出する経路がなく、熱による劣化が懸念されていた。これに対して本実施形態に係る発光素子によれば、ファイバー10中に金属製の芯体12を備えることで、ファイバー10の中心方向に伝熱された熱を効果的に外部に排出することが可能となり、熱引きが大幅に改善される。加えて、発光素子の製造工程においても、ファイバー基板の加熱に芯体12を利用できる。すなわち上記と逆に芯体12をヒータ等の外部の熱源と接続することで、ファイバー10を内部から加熱すること可能となり、このファイバー10の周囲に半導体発光構造20を成長させる際の加熱を容易に行える利点も得られる。
[ファイバーの製造方法]
By arranging the semiconductor
[Fiber manufacturing method]
ここで、ファイバーの製造方法について説明する。このファイバー10は、半導体発光構造20をその面上に成長させるための繊維状の部材である。
Here, a method for manufacturing the fiber will be described. This
まず、繊維状に延長された金属製の芯体12を準備する。次に、この芯体12の周囲にサファイア又はスピネルを成長させる。
First, a
サファイアやスピネル等のファイバー10を形成するには、μ-PD法による成長法を利用することが好ましい。これにより、半導体発光構造を成長しやすいファイバーが得られるとともに、高速でファイバーを形成しやすい。加えて自由な断面形状で育成可能である、ニアネットシェイプで作製可能である、結晶の同時育成が可能である、高速育成で低原料ロス、低加工ロスといった利点も得られる。あるいは、これに代えてLHPD法を用いることもできる。これにより、半導体発光構造を成長しやすいファイバーが得られるとともに、ファイバーを形成するための熱量を少なくできる。すなわち、一般のファイバー育成方法では原材料をすべて溶融させる必要があるところ、LHPD法では必要な分だけ溶融させることができるので、加える熱量が少なくて済むという利点が得られる。また、るつぼを不要とでき、効率も優れる。
[発光素子の製造方法]
In order to form the
[Method for manufacturing light-emitting element]
次に、発光素子の製造方法を図13A~図16Bに基づいて説明する。まず、ファイバー10を準備する。この工程は、上述したファイバーの製造方法等を用いて、サファイアやスピネルで構成された、金属製の芯体12を内部に含むファイバー10を作製する。これによって、図13Aの縦断面図、図13Bの横断面図に示すファイバー10が得られる。
Next, a method for manufacturing a light emitting device will be described with reference to FIGS. 13A to 16B. First, the
次に、芯体12を加熱した状態で、ファイバー10の外周面に半導体発光構造20を成長させる。この工程を一例を図14に示す。ここでは、作成したファイバー10を第一ドラムに巻き付けておき、この第一ドラムから送り出したファイバー10を、第一ドラムと離間させて配置した第二ドラムで巻き取る。この間に、側面から加熱を行い、半導体発光構造20を成長させる。この図では左から右方向にファイバー10を送出しており、複数の工程毎に区画している。各工程同士の間は、ArカーテンシールCSなどを用いて区画している。
Next, the semiconductor
まず左端の第一工程ではHClでファイバー10の洗浄を行う。次に第二工程としてファイバー10を単結晶のサファイアを成長基板として、このファイバー基板の周囲に低温成長バッファ層21(例えばGaN層)を成長させる。
First, in the first step at the left end, the
次に第三工程として、低温成長バッファ層21の上面にn型半導体層22(ここではn-GaN層)を成長させる。次いで第四工程として、n型半導体層22の上面に発光層23(ここではInGaN層)を成長させる。さらに第五工程として、発光層23の上面にp型半導体層24(ここではp-AlGaN層)を成長させる。そして第六工程として、p型半導体層24の上面にp側コンタクト層25(ここではp-GaN層)を成長させる。またこれらの工程において加熱には、例えばCO2レーザを照射させる。
Next, as a third step, an n-type semiconductor layer 22 (here, an n-GaN layer) is grown on the upper surface of the low temperature
このようにして、半導体発光素子構造を成長させたファイバー10を、第二ドラムに巻き取る。さらに必要に応じて、半導体発光構造20を分離する。ここでは、エッチングにより、図15Aの縦断面図、図15Bの横断面図に示すように、ファイバー10の長さ方向に一定間隔で半導体発光構造20を分離する。分離された半導体発光構造20同士の間には、絶縁層28が形成される。
Thus, the
さらに蒸着やスパッタや導体印刷によるメタライズを行って、隣接する半導体発光構造20同士を接続層29で電気的に接続する。ここでは図16Aの縦断面図、図16Bの横断面図に示すように、n側電極27、p側電極26を半導体発光構造20毎に形成する。そして保護膜を形成した後、さらにn側電極27と隣接するp側電極26とを接続させる接続層29を形成して配線する。また、直列接続された半導体発光構造20の端縁に位置する電極部には、外部と接続するための端子を形成する。このようにして、複数の半導体発光構造20が直列に接続された発光素子が得られる。
Further, metallization by vapor deposition, sputtering, or conductor printing is performed to electrically connect adjacent semiconductor
本発明の発光素子及びその製造方法は、白熱電球型のLEDランプのフィラメントや、液晶バックライトの導光板の周囲に配置する紐状の光源などに好適に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The light-emitting device and the manufacturing method thereof according to the present invention can be suitably used for filaments of incandescent LED lamps, string-like light sources arranged around the light guide plate of liquid crystal backlights, and the like.
100、200、500、600、700、900、1000…発光素子
10、10A、10B、10C、10D…ファイバー
12…芯体
20…半導体発光構造
21…低温成長バッファ層
22…n型半導体層
23…発光層
24…p型半導体層
25…p側コンタクト層
26…p側電極
27…n側電極
28…絶縁層
29…接続層
30…外部接続端子
40、40B…放熱部材
50…バンプ
52…バッド電極
LB…電球
CS…Arカーテンシール
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記ファイバーの外周面に形成された半導体発光構造と、
を備え、
前記ファイバーは、サファイア又はスピネルで構成された内部に該ファイバーの延長方向に沿って延長された金属製の芯体を備える発光素子。 a fiber composed of sapphire or spinel;
a semiconductor light emitting structure formed on the outer peripheral surface of the fiber;
with
A light-emitting device in which the fiber has a metal core body extending along the extension direction of the fiber inside the fiber made of sapphire or spinel.
前記芯体は、タングステン又はイリジウムである発光素子。 The light emitting device according to claim 1,
The light-emitting device, wherein the core is tungsten or iridium.
前記半導体発光構造は、窒化物半導体積層構造である発光素子。 The light-emitting device according to claim 1 or 2,
The light emitting device, wherein the semiconductor light emitting structure is a nitride semiconductor laminated structure.
前記サファイアの<0001>又はスピネルの<111>が、前記ファイバーの延長方向と交差する断面方向と一致している発光素子。 The light emitting device according to any one of claims 1 to 3,
A light-emitting device in which <0001> of the sapphire or <111> of the spinel coincides with a cross-sectional direction intersecting the extending direction of the fiber.
前記ファイバーの断面が円形状に形成されてなる発光素子。 The light emitting device according to any one of claims 1 to 4,
A light-emitting device in which the fiber has a circular cross section.
前記ファイバーの延長方向に沿って、前記半導体発光構造が複数離間されて形成されてなる発光素子。 The light emitting device according to any one of claims 1 to 5,
A light-emitting device in which a plurality of the semiconductor light-emitting structures are spaced apart along the extension direction of the fiber.
前記離間された半導体発光構造はそれぞれ正負の電極部を有し、各半導体発光構造が各々の電極部を介して直列接続されてなる発光素子。 The light emitting device according to claim 6,
A light emitting device in which the separated semiconductor light emitting structures each have positive and negative electrode portions, and the respective semiconductor light emitting structures are connected in series via the respective electrode portions.
前記芯体が、放熱部材に接続されてなる発光素子。 The light emitting device according to any one of claims 1 to 7,
A light-emitting device in which the core body is connected to a heat dissipation member.
サファイア又はスピネルで構成され、繊維状に延長された金属製の芯体を内部に含むファイバーを準備する工程と、
前記芯体を加熱した状態で、前記ファイバーの外周面に半導体発光構造を成長させる工程と、
を含む発光素子の製造方法。 A method for manufacturing a light emitting device,
Preparing a fiber made of sapphire or spinel and containing a filament-like elongated metal core inside;
growing a semiconductor light emitting structure on the outer peripheral surface of the fiber while the core is heated;
A method of manufacturing a light emitting device comprising:
前記サファイアの<0001>又はスピネルの<111>が、前記ファイバーの延長方向と交差する断面方向と一致している発光素子の製造方法。 A method for manufacturing a light-emitting device according to claim 9,
<0001> of the sapphire or <111> of the spinel coincides with a cross-sectional direction that intersects the extending direction of the fiber.
前記ファイバーを準備する工程が、μ-PD法により前記サファイア又はスピネルを成長させる工程を含む発光素子の製造方法。 A method for manufacturing a light-emitting device according to claim 9 or 10,
A method of manufacturing a light-emitting device, wherein the step of preparing the fiber includes the step of growing the sapphire or spinel by a μ-PD method.
前記ファイバーを準備する工程が、LHPD法により前記サファイア又はスピネルを成長させる工程を含む発光素子の製造方法。 A method for manufacturing a light-emitting device according to claim 9 or 10,
A method of manufacturing a light-emitting device, wherein the step of preparing the fiber includes the step of growing the sapphire or spinel by the LHPD method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018186192A JP7157324B2 (en) | 2018-09-29 | 2018-09-29 | FIBER, LIGHT EMITTING DEVICE USING THE SAME, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018186192A JP7157324B2 (en) | 2018-09-29 | 2018-09-29 | FIBER, LIGHT EMITTING DEVICE USING THE SAME, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020057672A JP2020057672A (en) | 2020-04-09 |
JP7157324B2 true JP7157324B2 (en) | 2022-10-20 |
Family
ID=70107683
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018186192A Active JP7157324B2 (en) | 2018-09-29 | 2018-09-29 | FIBER, LIGHT EMITTING DEVICE USING THE SAME, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7157324B2 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001338886A (en) | 2000-03-24 | 2001-12-07 | Ngk Insulators Ltd | Semiconductor device, its manufacturing method and substrate for semiconductor device used for the same |
JP2008141005A (en) | 2006-12-01 | 2008-06-19 | Eudyna Devices Inc | Semiconductor substrate, and semiconductor device and manufacturing method thereof |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1571475A1 (en) * | 2004-03-04 | 2005-09-07 | C.R.F. Società Consortile per Azioni | Fiber-type electro-optical diode |
-
2018
- 2018-09-29 JP JP2018186192A patent/JP7157324B2/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001338886A (en) | 2000-03-24 | 2001-12-07 | Ngk Insulators Ltd | Semiconductor device, its manufacturing method and substrate for semiconductor device used for the same |
JP2008141005A (en) | 2006-12-01 | 2008-06-19 | Eudyna Devices Inc | Semiconductor substrate, and semiconductor device and manufacturing method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020057672A (en) | 2020-04-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10374003B2 (en) | Semiconductor light emitting device and LED module using the same | |
US9324904B2 (en) | Semiconductor light emitting device and light emitting apparatus | |
US7872410B2 (en) | Light emitting device and light emitter | |
US9754926B2 (en) | Light emitting diode (LED) arrays including direct die attach and related assemblies | |
EP2369651B1 (en) | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing same | |
JP4805831B2 (en) | Semiconductor light emitting device, lighting module, lighting device, surface mount component, and display device | |
KR102086365B1 (en) | Semiconductor light emitting device | |
US9172019B2 (en) | Light emitting device package and method of manufacturing the same | |
EP2388838A1 (en) | Light emitting diode chip having wavelength converting layer and method of fabricating the same, and package having the light emitting diode chip and method of fabricating the same | |
JP2006156837A (en) | Semiconductor light emitting device, luminescent module and lighting device | |
KR102018615B1 (en) | Semiconductor light emitting device and manufacturing method of the same | |
KR102227772B1 (en) | Semiconductor light emitting device | |
KR102223038B1 (en) | Semiconductor light emitting device and semiconductor light emitting apparatus having the same | |
JP2002329896A (en) | Led surface light emission device | |
JP2009176961A (en) | Method of manufacturing mounting substrate, and method of manufacturing linear light source | |
KR20160000513A (en) | Semiconductor light emitting device package | |
US10862015B2 (en) | Semiconductor light emitting device package | |
JP2009004659A (en) | Light emitting device | |
TWI453952B (en) | Light emitting element and manufacturing method thereof | |
JP7157324B2 (en) | FIBER, LIGHT EMITTING DEVICE USING THE SAME, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF | |
US9236304B2 (en) | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
US9362718B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
JP2010087051A (en) | Light-emitting device | |
JP2009094172A (en) | Light-emitting apparatus | |
KR20090032212A (en) | Nitride semiconductor light emitting device for flip-chip |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210803 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220525 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220628 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220906 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220919 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7157324 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |